基于MSP430的数字涡街流量计的实验研究

0 引言对于传统流量检测系统而言，其多数选用的是电磁传感器，而电磁传感器易受外界磁场的影响而导致流量计量的不正确，MSP430单片机作为一种超低功耗的16位混合信号处理器，其在流量检测中的应用得到了越来越广泛的应用，因此，本文重点就基于MSP430单片机的流量检测仪的设计进行了研究。

1.以MSP430单片机为基础的流量检测仪的工作原理分析考虑到流量检测仪低功耗等方面的特性，控制器选用的为MSP430F149,具体而言，此流量检测仪的工作原理如下：当液体经过流量检测仪的过程中，检测仪内部的旋转磁盘进行转动，因而旋转磁盘上所设置的磁钢会触发传感器，并使其发出极为微弱的电信号，通过将此信号进行逐级放大和滤波之后，信号通过输出进入到检测仪的CPU中，CPU计数器对其进行输入，而后系统周期对脉冲个数进行读取，并借助于相应的软件对流量进行计算，后经处理形成所谓的差动信号，此差动信号以脉冲的形式传送至显示器中进行显示，这样其参数及流量信息可通过MSP430F149的I/O接口进行输入/输出。

2.基于MSP430单片机的流量检测仪的设计分析2.1 电路的设计流量检测仪的控制器采用的是TI公司所生产的MSP430149单片机，通过对流量检测仪的几个主要功能模块进行设计，系统的具体结构如图1所示。

1）温度检测模块，此模块主要包括了温度传感器与差动放大器，此模块通过温度传感器将信号传送至差送放大器中，信号经放大后输入至MSP430F149之中，经单片机的A/D 转换口对信息及数据进行相应的处理及保存。

本系统所采用的温度传感器其热电阻为PT100.2）流量检测模块，此模块包括流量传感器与整形电路，当一定量的液体经过传感器时，传感器会产生脉冲，这样，通过所得脉冲数即可进行流量的计算。

系统所采用的流量传感器为WG系列的韦根传感器，其原理如下：传感器中的合金材料具有磁性双稳态功能，这样受到外磁场激发后，其磁化方向会瞬间进行翻转，并在检测线圈中产生电信号，从而实现了磁电之间的转换。

msp430实验报告msp430实验报告引言：msp430是一种低功耗、高性能的微控制器，被广泛应用于嵌入式系统和物联网设备中。

本实验报告将介绍我对msp430微控制器进行的一系列实验，包括实验目的、实验过程、实验结果以及对实验的总结和展望。

实验目的：本次实验的主要目的是熟悉msp430微控制器的基本功能和使用方法，以及学习如何进行简单的控制程序设计。

通过实验，我希望能够掌握msp430的基本操作和编程技巧，并且能够运用所学知识解决实际问题。

实验过程：在实验开始之前，我首先对msp430微控制器进行了一些基本的了解。

我了解到，msp430具有低功耗、高性能和丰富的外设接口等特点，可以满足各种嵌入式系统的需求。

接着，我根据实验指导书的要求，准备好实验所需的硬件设备和软件工具。

第一部分实验是关于GPIO口的实验。

我按照实验指导书上的步骤，将msp430与LED灯连接起来，并编写了一个简单的程序，实现了对LED灯的控制。

通过这个实验，我学会了如何配置GPIO口和编写简单的控制程序。

第二部分实验是关于定时器的实验。

我学习了如何配置msp430的定时器，并编写了一个简单的程序，实现了定时闪烁LED灯的功能。

通过这个实验，我深入了解了定时器的工作原理和编程方法。

第三部分实验是关于ADC的实验。

我学习了如何配置msp430的ADC模块，并编写了一个简单的程序，实现了对外部模拟信号的采样和转换。

通过这个实验，我了解了ADC的基本原理和使用方法。

实验结果：通过一系列实验，我成功地掌握了msp430微控制器的基本功能和使用方法。

我能够独立完成GPIO口的配置和控制、定时器的配置和编程、ADC的配置和采样等任务。

实验结果表明，msp430具有强大的功能和灵活的编程能力，可以满足各种嵌入式系统的需求。

总结和展望：通过本次实验，我对msp430微控制器有了更深入的了解，并且掌握了一些基本的操作和编程技巧。

然而，由于实验时间和条件的限制，我还没有完全发挥出msp430的潜力。

基于MSP430的低功耗涡街流量计
陈荣保;王谊
【期刊名称】《自动化仪表》
【年(卷),期】2003(024)011
【摘要】介绍了以超低功耗16位单片机MSP430为核心、采用微低功耗的集成电路和贴片元器件构成的涡街流量计系统及设计.以高性能电池作为电源,具有性价比高、功耗低、抗干扰能力强、使用寿命长等特点.
【总页数】3页(P26-28)
【作者】陈荣保;王谊
【作者单位】合肥工业大学工业自动化所,合肥,230009;合肥工业大学工业自动化所,合肥,230009
【正文语种】中文
【中图分类】TH81
【相关文献】
1.基于MSP430型单片机的智能涡街流量计转换电路的设计 [J], 谢立平;朴兴哲
2.基于MSP430的智能就地显示涡街流量计 [J], 潘健;肖国玲
3.基于MSP430的超低功耗电容式涡街流量计 [J], 汤剑;李昌禧;李跃忠
4.基于MSP430的数字涡街流量计的实验研究 [J], 李巧真;李刚;娈世伟
5.基于MSP430的移动式高精度涡街流量计的设计 [J], 李庆勇;王洪君
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

㊀２０２０年㊀第６期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０２０㊀Ｎｏ．６㊀收稿日期：２０１９－１１－１８基于ＭＳＰ４３０的移动式高精度涡街流量计的设计李庆勇，王洪君（山东大学，山东济南㊀２５０１００）㊀㊀摘要：针对传统流量计存在精度低㊁适应性不强以及结构复杂等缺点，设计了一种高精度便携式涡街流量计㊂系统以低功耗处理器ＭＳＰ４３０为控制核心，利用 卡门涡街 原理实现流量的测量，利用压电传感器实现待测流体频率的测量，通过传感器组测量待测管道中流体的温度㊁压力值，采用ＩＡＰＷＡ－ＩＦ９７公式来补偿待测流体的密度，最终计算出待测液体的流量值㊂实际测试结果表明，系统能有效地测出待测管道中的液体流量，且测量精度高，误差小于１％㊂关键词：高精度；便携式；涡街流量计；ＭＳＰ４３０中图分类号：ＴＰ９３４㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２０）０６－００４７－０３ＤｅｓｉｇｎｏｆＭｏｂｉｌｅＨｉｇｈ⁃ｐｒｅｃｉｓｉｏｎＶｏｒｔｅｘＦｌｏｗｍｅｔｅｒＢａｓｅｄｏｎＭＳＰ４３０ＬＩＱｉｎｇ⁃ｙｏｎｇ，ＷＡＮＧＨｏｎｇ⁃ｊｕｎ（ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５０１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｆｌｏｗｍｅｔｅｒ，ｓｕｃｈａｓｌｏｗｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｗｅａｋａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｃｏｍｐｌｅｘｓｔｒｕｃ⁃ｔｕｒｅ，ａｋｉｎｄｏｆｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｐｏｒｔａｂｌｅｖｏｒｔｅｘｓｔｒｅｅｔｆｌｏｗｍｅｔｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｔｏｏｋｔｈｅｌｏｗ⁃ｐｏｗｅｒｐｒｏｃｅｓｓｏｒＭＳＰ４３０ａｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｃｏｒｅ，ｒｅａｌｉｚｅｄｔｈｅｆｌｏｗｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆ ｋａｍｅｎｖｏｒｔｅｘｓｔｒｅｅｔ ，ａｎｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｔｈｅｄｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｌｉｑｕｉｄｔｏｂｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｆｌｕｉｄｉｎｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅｔｏｂｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｔｈｅｓｅｎｓｏｒ．ＬＡＰＷＡ－ＩＦ９７ｆｏｒｍｕｌａｗａｓｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｖｏｌｕｍｅｏｆｔｈｅｌｉｑｕｉｄｔｏｂｅｍｅａｓｕｒｅｄ，ａｎｄｆｉｎａｌｌｙｃａｌｃｕｌａｔｅｓｔｈｅｆｌｏｗｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｌｉｑｕｉｄｔｏｂｅｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅａｃｔｕａｌｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｌｉｑｕｉｄｆｌｏｗｉｎｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅｔｏｂｅｍｅａｓｕｒｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｉｓｈｉｇｈ，ｔｈｅｅｒｒｏｒｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ１％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；ｐｏｒｔａｂｌｅ；ｖｏｒｔｅｘｆｌｏｗｍｅｔｅｒ；ＭＳＰ４３００㊀引言现今用于工业测量的流量仪表种类繁多，按照测量方式的不同可以分为以下四大类：差压式流量计㊁容积式流量计㊁超声波流量计和流体振动式流量计㊂而本文研究的涡街流量计属于流体振动流量计的一种，涡街流量计因具有压力损失小㊁可靠性高㊁适应性强和量程比宽等优点，得到了越来越广泛的应用㊂但是涡街流量计也存在一定的缺点，比如在低流速㊁小流量等情况下，容易受到多种噪声的干扰，测量精度较低㊂为了克服这些弊端，本文设计了一种便携式高精度的涡街流量计㊂系统采用低功耗微处理器ＭＳＰ４３０作为系统的控制核心，利用ＩＡＰＷＡ－ＩＦ９７公式对流体进行密度补偿，提高系统的测量精度㊂采用看门狗软件㊁电源监控㊁软件滤波等方式来提高系统的稳定性㊂通过实验验证和数据分析，证明了设计的涡街流量计具有较高的测量精度和可靠的稳定性，达到了设计的预期㊂１㊀涡街流量计测量原理涡街流量计检测的原理是 卡门涡街原理 ，具体就是在流动的流体中放置一根与流向垂直的非流线型流体，称之为漩涡发生体（阻流体），漩涡发生体两侧的流体流动的速度逐渐加快，雷诺数Ｒｅ也逐渐增大，当Ｒｅ达到４０左右时，就会在漩涡发生体下游产生两列旋转方向相反㊁平行参差排列的涡列，称之为 卡门涡街 ㊂当涡街稳定时，涡街频率ｆ与组流体两侧的平均流速ｖ之间的关系为ｆ＝Ｓｔｖｄ（１）式中：Ｓｔ为斯特罗哈尔数，它是一个无量纲常数；ｄ为阻流体的最大宽度㊂由式（１）可知，涡街频率ｆ与流体的平均流速成正比，因此涡街频率ｆ与流体的体积流量Ｑ也成正比，利用该种方法就可以测得管道内流体的流量㊂当通过检测元件测得涡街频率ｆ，流体的体积流量可以表示为㊀㊀㊀㊀㊀４８㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＪｕｎ．２０２０㊀Ｑ＝Ｓｖ＝ＳｍｄｆＳｔ（２）式中：Ｓ为管道截面积；ｖ为旋涡发生体两侧的平均流速；ｍ为漩涡发生体两侧流通面积与管道截面积之比㊂由式（２）可知，Ｓ㊁ｍ㊁ｄ㊁Ｓｔ为给定的已知量，只需测得涡街频率ｆ就可以得到待测流体的体积流量㊂２㊀涡街流量计硬件设计涡街流量计的硬件设计主要包括涡街频率采集电路㊁温度采集电路㊁压力采集电路以及数据处理电路等㊂由压电传感器来采集漩涡发生体两侧流体的频率，再经过电荷放大器及滤波器之后得到光滑的数据曲线，利用ＭＳＰ４３０内部的脉冲计数器实现涡街频率ｆ的采集，采用ＦＦＴ变换采集低流速时漩涡发生体两侧流体的频率，通过温度㊁压力传感器采集流体的温度㊁压力数据来补偿待测流体的密度，以此来提高系统的测量精度㊂系统硬件框图如图１所示㊂图１㊀系统硬件框图２．１㊀压电式涡街传感器数据采集电路压电式涡街传感器是由应用膜片和压电晶体组成，实际检测时将涡街传感器放置在漩涡发生体后，当漩涡发生体附近产生漩涡时，就会在涡街传感器表面产生一个交替的升力，该升力的频率与漩涡的频率相同㊂压电式涡街传感器将应变力产生的信号转换为相应的电荷信号，产生的电荷信号的频率与漩涡的频率相同，因此通过压电式涡街传感器将流体在漩涡体两侧产生的漩涡频率信号转换为可被测量的电荷信号㊂由于压电式涡街传感器输出的信号中含有各种噪声信号，且信号幅值较小，约几十ｍＶ，为了有效地提取信号的频率信息，需要对传感器输出的信号进行放大和滤波㊂系统利用高精度㊁低失调电压的运算放大器ＴＬＶ２２５４，其常用于放大压电式传感器输出的微小信号，电路图如图２所示㊂将图２中的Ｃｏｎｎｅｃｔ＋㊁Ｃｏｎｎｅｃｔ－接入压电式传感器的２个输出线，利用双端输入的差动电荷放大器来放大传感器的输出信号，其中Ｃ３４＝Ｃ３３㊁Ｒ４３＝Ｒ４２㊂传感器输出的信号类似于交变的正弦波信号，Ｃ３１㊁Ｃ３２滤除信号中的直流信号，电容Ｃ３４㊁Ｃ３３两端并联反馈电路提图２㊀传感器数据采集电路供稳定的直流工作点，抑制放大器的零漂㊂２．２㊀低通滤波及限幅放大电路在对传感器信号进行放大的同时也把噪声信号放大了，因此需要对此信号进行滤波处理，系统设计了二阶低通滤波器来滤除系统中的高频干扰，采用限幅放大器对低通滤波器输出的信号进行箝位，提高信噪比㊂电路图如图３所示㊂图３㊀低通滤波及限幅放大电路由ＡＤ８１７组成的二阶有源滤波器用于滤除信号中的高频干扰，ＡＤ８６１０及其阻容器件组成的限幅放大电路用于进一步调整信号㊂ＡＤ８６１０的反馈部分并联一个反馈电阻Ｒ４９和电容Ｃ５０进一步滤波信号中的干扰，反向输入端并联２个二极管Ｄ１㊁Ｄ２㊂当反向端的输入信号高于二极管的门坎电压时，信号直接从二极管流过；当输入信号小于二极管的门坎电压时，信号经过反馈电阻Ｒ４９㊁Ｒ４８放大一定倍数后再输出㊂因此经过限幅电路后输出的信号已不再是正弦波信号，而是方波信号㊂最后利用ＭＳＰ４３０定时器的脉冲捕获模式获取方波的信号的频率，该频率就是涡街频率㊂２．３㊀温度测量电路为了进一步提高系统的测量精度，需要根据流体的温度㊁压力值实时地对流体的密度进行补偿㊂在温度测量上，选用高精度㊁宽量程的温度检测传感器Ｐｔ１０００，其测温范围在－２００ ８５０ħ之间，且灵敏度高，非常适合本系统的测量要求㊂在Ｐｔ１０００温度检测上采用恒压源供电电桥测量电路，电桥的输出电压与所测温度成正比，最终利用ＭＳＰ４３０内部的Ａ／Ｄ转换㊀㊀㊀㊀㊀第６期李庆勇等：基于ＭＳＰ４３０的移动式高精度涡街流量计的设计４９㊀㊀器采集电桥的输出电压计算得到所测温度值㊂硬件电路图如图４所示㊂图４㊀温度检测电路如图４所示，Ｐｔ１０００温度测量电路用的是电桥测量法，其中Ｒ５２㊁Ｒ５３㊁Ｒ５４均为精密电阻，Ｐｔ１０００与这３个电阻组成电桥，当电桥平衡时系统输出为０，当温度变化时，Ｐｔ１０００传感器内部的电阻就会变化，此时电桥平衡被破坏，电桥输出不为０㊂通过仪用放大器ＩＮＡ３２１来采集电桥输出的电压信号，通过电阻Ｒ５５㊁Ｒ５６来调整放大的增益，最终将电桥输出信号调整在０ ３．３Ｖ之间，这样便于直接利用ＭＳＰ４３０内部的Ａ／Ｄ转换器采集，最终计算得待测流体的温度㊂２．４㊀压力测量电路压力测量电路与温度测量电路类似，都是采用仪用放大器ＩＮＡ３２１来采集传感器输出的电压信号㊂由于管道内的压力小于３．５ＭＰａ，因此本系统最终选择１５４ＣＶ型压力传感器，其压力测量范围在０ ３．５ＭＰａ之间，工作温度为－４０ １２５ħ，各项参数非常适合本系统的测量需要㊂传感器采用ＤＣ３．０Ｖ供电，传感器将收到的压力信号成比例地转换为相应的电压信号，再利用ＭＳＰ４３０内部的Ａ／Ｄ转换进行采集，最终计算得到压力值，压力测量电路图如图５所示㊂图５㊀压力检测电路当检测到待测流体的温度㊁压力值后，利用ＩＡＰＷＡ－ＩＦ９７公式计算待测液体密度对待测流体进行密度补偿，进一步提高系统的测量精度㊂３㊀涡街流量计软件设计系统软件采用Ｃ语言编写，开发工具采用的是ＩＡＲＥｍｂｅｄｄｅｄＷｏｒｋｂｅｎｃｈＥＷ４３０，它是一款专为ＭＳＰ４３０系统单片机设计的高效Ｃ语言编译器，符合ＡＮＳＩ标准㊂系统软件主要包括Ａ／Ｄ采样程序㊁ＦＦＴ变换程序㊁定时器中断程序以及ＭＳＰ４３０最小系统程序等㊂系统上电后，首先执行各个传感器复位操作，当数据处理电路将传感器输出的信号进行放大滤波处理后，利用ＭＳＰ４３０内部的Ａ／Ｄ转换器进行模数转换，计算得到相应的涡街频率㊁温度㊁压力等数值㊂在低流速时，通过对压电式涡街传感器的输出信号进行ＦＦＴ变换，以便准确地获得涡街频率，提高系统检测精度㊂系统软件流程图如图６所示㊂图６㊀系统软件流程图４㊀实验数据分析为了进一步验证系统检测的准确性及稳定性，搭建如图７所示的测量系统㊂其中实验的管道的口径为２５ｍｍ，稳压水源用于产生不同流量的流体，产生的流体流量的范围在１ ２０ｍ３／ｈ之间㊂实际试验时，利用称重传感器对标准仪表进行校准，提高系统的检测精度，将标准仪表测得的数据与本文设计的涡街流量计测得的数据进行对比，以此验证系统测量的准确性㊂图７㊀实验装置示意图通过调节稳压水源和总阀门的开度来调整管道中流体的流量，当设定好流量之后，在同流量情况下，利用涡街流量计采集３次数据，每次间隔１ｍｉｎ，比较３次数据的波动情况，以此来说明系统的重复性㊂最终将标准仪表测得值与设计的涡街流量计测得数据进行对比，实验数据如表１所示㊂由表１测试数据可知，系统具有良好的重复性，在同一点测量３次的结果基本保持一致，系统测量的相对误差小于１％，具有较高的测量精度，满足系统的设计要求㊂（下转第６２页）㊀㊀㊀㊀㊀６２㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＪｕｎ ２０２０㊀过逆变器转换后的电压及电流等部分数据㊂通过该界面可以查询光伏电站的历史监控状态㊂图８㊀历史数据查询界面５㊀结论本文提出的基于ＬｏＲａ的物联网光伏电站监控系统，实现了对光伏电站的远程监测㊂通过对数据的实时监测，能够及时发现故障并进行检修，对于保障光伏电站的正常运行及实现电网智能化重要意义㊂该系统具有低功耗，传输距离远㊁可拓展性强，可以根据不同需要应用于其他领域㊂参考文献：［１］㊀曾祥军，李凤婷．光伏电站接入系统方案分析［Ｊ］．电测与仪表，２０１６，５３（１）：８４－８９．［２］㊀罗乐．基于物联网的太阳能发电监测系统的设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１８（１１）：１０４－１０７．［３］㊀薛家祥，龚普，吴坚．基于无线通信和Ａｎｄｒｏｉｄ手机的光伏监控系统的实现［Ｊ］．自动化与仪表，２０１６，３１（１０）：２８－３１．［４］㊀黄敏，徐菲，刘珺．基于云计算与物联网的风力发电智能监测系统研究［Ｊ］．可再生能源，２０１７，３５（７）：１０３２－１０３６．［５］㊀陈同浩，刘永成，罗鹏．基于ＺｉｇＢｅｅ的分布式光伏发电监控系统的设计与实现［Ｊ］．自动化技术与应用，２０１７，３６（１０）：７３－７６．［６］㊀陈同浩，刘永成，李坤．基于ＧＰＲＳ的工业废气远程监测系统的设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１８（６）：６８－７５．作者简介：韩文征（１９９４ ），硕士研究生，主要研究领域为电力系统及其自动化㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：５４２０８０１４３＠ｑｑ．ｃｏｍ姚晓东（１９６９ ），硕士生导师，主要研究方向为智能控制㊁物联网㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：１５９０５８１４３３３２＠１６３．ｃｏｍ（上接第４９页）表１㊀测试数据标定流量值／（ｍ３㊃ｈ－１）标准仪表测得值／（ｍ３㊃ｈ－１）涡街流量计测得值／（ｍ３㊃ｈ－１）偏差／（ｍ３㊃ｈ－１）平均相对误差／％３３．０１３．０２０．０２３．０１３．０３０．０３３．０１３．０２０．０２０．７８５５．０２５．０３０．０３５．０１５．０２０．０２５．０１５．０４０．０４０．６８８．０４８．０７０．０７８．０５８．０５０．０５８．０４８．０５０．０５０．７１１２１２．０８１２．１００．１１２．０７１２．０８０．０８１２．０７１２．０９０．０９０．７５１６１６．１０１６．１２０．１２１６．１０１６．１３０．１３１６．１０１６．１００．１００．７３５㊀结束语本文设计了一种高精度的涡街流量计，其创新点就是采用温度传感器和压力传感器来采集管道内待测流体的温度㊁压力值，再利用ＩＡＰＷＡ－ＩＦ９７公式补偿待测液体的密度，来提高系统的测量精度；为了解决低流速时系统测量精度低的缺点，利用ＦＦＴ变换算法对低流速时传感器输出的信号进行处理，解析出低流速时的涡街频率㊂实际测试结果表明，系统能有效地测出待测管道中的液体流量，且测量精度高，误差小于１％㊂参考文献：［１］㊀刘建军．基于ＵＳＢ总线的低功耗数字涡街流量计手操器研究［Ｄ］．天津：天津大学，２０１１．［２］㊀刘子夫，冯兆宇，任泓．涡街流量计选型及使用中的特殊性［Ｊ］．自动化与仪器仪表，２０１７，３７（Ｓ１）：１－３．［３］㊀许伟，徐科军，汪春畅，等．基于恒定磁场的数字式电磁涡街流量计［Ｊ］．电子测量与仪器学报，２０１８，３２（３）：６７－６９．［４］㊀章圣意，黄咏梅．基于耦合随机共振的涡街信号检测方法研究［Ｊ］．自动化仪表，２０１８，６２（７）：４５－４８．［５］㊀郝松．基于数字陷波技术的涡街流量计抗管道振动的试验研究［Ｊ］．计量技术，２０１８，６１（４）：２３－２５．［６］㊀舒张平．面向特殊需求的涡街流量计关键技术研究［Ｄ］．合肥：合肥工业大学，２０１７．［７］㊀杜克奎．基于ＡＲＭ的多参数自适应气体涡街流量计的设计［Ｄ］．天津：天津工业大学，２０１６．［８］㊀刘伟炜．标定介质对流量计仪表系数的影响［Ｊ］．电子测试，２０１８，２５（Ｓ１）：３３－３６．［９］㊀汪春畅，徐科军，许伟，等．电磁式涡街流量计测量含气导电液体流量研究［Ｊ］．电子测量与仪器学报，２０１８，３２（１）：７１－７３．［１０］㊀赵作霏．基于三轴加速度计的涡街抗振研究［Ｄ］．天津：天津大学，２０１６．［１１］㊀杜鹏．涡街流量计涡脱频率的数值模拟［Ｄ］．秦皇岛：东北石油大学，２０１５．［１２］㊀彭能，李斌，曹毅杰，等．大口径涡街流量计漩涡频率检测仿真的研究［Ｊ］．工业控制计算机，２０１７，３０（８）：６７－６９．作者简介：李庆勇（１９８１ ），硕士，工程师，主要研究方向为计算机技术，网络管理，安全管理，资产管理，大型设备管理，实验室管理㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｉｑｉｎｇｙｏｎｇ１９８１０１＠１６３．ｃｏｍ王洪君（１９６３ ），博士，教授，主要研究方向为嵌入式系统应用，集成电路设计，数字信号处理，计算机网络，微机原理，单片机原理及应用等㊂。

自动化与仪表２００７（１）仪器仪表装置基于ＭＳＰ４３０的超低功耗电容式涡街流量计文章编号：１００１－９９４４（２００７）０１－００２１－０３汤剑，李昌禧，李跃忠（华中科技大学控制科学与工程系，武汉４３００７４）摘要：介绍了超低功耗智能电容式涡街流量计的硬件组成、软件设计和实验测试结果。

系统以１６位超低功耗单片机ＭＳＰ４３０为核心，采用新型环路供电ＤＡＣ芯片ＡＤ４２１与ＨＡＲＴ专用调制解调芯片ＨＴ２０Ｃ１５，实现了现场测量实时显示以及与ＨＡＲＴ设备通信等功能。

试验结果表明，该系统测量精度高，抗干扰能力强，功耗低，方便易用，降低了使用成本。

关键词：涡街流量计；超低功耗；环路供电；ＨＡＲＴ协议中图分类号：ＴＰ２７４．５文献标志码：ＢＵＬＰＳｍａｒｔＣａｐａｃｉｔａｎｃｅＶｏｒｔｅｘＦｌｏｗｍｅｔｅｒＢａｓｅｄｏｎＭＳＰ４３０ＴＡＮＧＪｉａｎ，ＬＩＣｈａｎｇ－ｘｉ，ＬＩＹｕｅ－ｚｈｏｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｎｔｒｏｌＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ、ｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｅｓｔｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｏｆｕｌｔｒａ－ｌｏｗｐｏｗｅｒ（ＵＬＰ）ｃａｐａｃｉ－ｔａｎｃｅｖｏｒｔｅｘｆｌｏｗ－ｍｅｔｅｒｂａｓｅｄｏｎＭＳＰ４３０ａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｃｏｒｅｄｏｎ１６ｂｉｔＵＬＰＳＣＭＭＳＰ４３０，ａｎｄａｃｈｉｅｖｅｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｒｅａｌ－ｔｉｍｅｄｉｓｐｌａｙａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈＨＡＲＴｅｑｕｉｐｍｅｎｔｂｙｎｅｗｔｙｐｅＤＡＣＡＤ４２１ｗｉｔｈｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｌｏｏｐ－ｐｏｗｅｒｅｄａｎｄｓｐｅｃｉａｌＨＡＲＴｍｏｄｕｌａｔｏｒ－ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒＨＴ２０Ｃ１５．Ｔｅｓｔｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈｅｆｌｏｗ－ｍｅｔｅｒｈａｖｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｉｇｈｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｈｉｇｈａｎｔｉ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｐｏｗｅｒ，ｌｏｗｃｏｎｓｕｍｅｄｐｏｗｅｒａｎｄｃｏｎ－ｖｅｎｉｅｎｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅｔｈｅｃｏｓｔｉｓｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｏｒｔｅｘｆｌｏｗ－ｍｅｔｅｒ；ｕｌｔｒａ－ｌｏｗｐｏｗｅｒ（ＵＬＰ）；ｌｏｏｐ－ｐｏｗｅｒｅｄ；ＨＡＲＴｐｒｏｔｏｃｏｌ收稿日期：２００６－０６－１６；修订日期：２００７－０１－１０作者简介：汤剑（１９８２－），男，硕士研究生，主要研究方向为检测技术与自动化装置；李昌禧（１９４７－），男，华中科技大学控制科学与工程系测控技术与系统研究所所长，博士生导师，主要研究方向为检测技术和智能仪表、测控管一体化技术、机电一体化技术。

双MSP430单片机结构数字涡街流量计2008年12月20日目录摘要 (5)1 引言 (5)1.1涡街流量计概述 (5)1.2涡街流量计的主要问题 (5)1.3课题研究目的及意义 02双MSP430单片机结构数字涡街流量计的总体方案设计 02.1涡街流量计的工作原理 02.2涡街信号的组成 (2)2.3双MSP430单片机结构数字涡街流量计的设计方案 (4)2.4双MSP430单片机结构数字涡街流量计的FFT频率计算方法 (6)3双MSP430单片机结构数字涡街流量计的硬件设计 (8)3.1整体硬件电路设计方案 (8)3.2前置放大电路的设计 (9)3.3单片机计算及输出电路的设计 (17)3.4电源电压转换电路设计 (20)3.5双MSP430单片机结构数字涡街流量计的硬件低功耗设计 (20)4双MSP430单片机结构数字涡街流量计的软件设计 (21)4.1软件总体设计方案 (21)4.2MSP430F149单片机程序设计 (22)4.3MSP430F1611单片机程序设计 (23)4.4双MSP430单片机结构数字涡街流量计的软件低功耗设计 (26)5总结与展望 (26)参考文献： (28)谢辞 (30)双MSP430单片机结构数字涡街流量计摘要：鉴于现有涡街流量计具有的优势以及存在的不足，本课题研究并且实现了一台数字涡街流量计。

该数字涡街流量计采用了双MSP430单片机的硬件结构，在低流速小流量的情况下，由MSP430F1611单片机实现频谱分析算法来计算涡街信号频率，有效地克服了模拟涡街在小流量下测量精度不高甚至不能测量的问题，以及具有常规模拟涡街在高信噪比的情况下测量准确、实时性好的优点。

关键词：涡街流量计、脉冲输出、电流输出、MSP430、流量下限1 引言1.1涡街流量计概述涡街流量计属旋涡流量计类型，它是利用流体振荡的原理进行流量测量。

当流体流过非流线型阻挡体时会产生稳定的旋涡，旋涡的产生频率与流体流速有着确定的对应关系，测得频率的变化，就可以得知流体的流量。

目录摘要 (2)绪论 (3)1、电子系统设计任务书 (4)2、总体方案设计 (5)2.1设计要求 (5)2.2选题背景 (5)2.3设计方案选择及论证 (6)2.3.1芯片方案一 (6)2.3.2芯片方案二 (6)2.3.3传感器方案一 (7)2.3.4传感器方案二 (7)3、系统硬件设计 (7)3.1硬件总体框图 (7)3.2主要器件介绍 (8)3.2.1 MSP430F149单片机 (8)3.2.2 AD590传感器 (10)3.3 设计过程论述 (12)3.3.1 设计原理分析 (12)3.3.2 软件程序设计 (14)3.3.3 数据分析计算 (15)3.3.4 硬件调试 (15)3.4 设计结果分析及总结 (16)3.4.1 设计结果分析 (16)3.4.2 设计总结 (16)4、致谢 (17)5、附录 (18)5.1 附录一（PCB图） (18)5.2 附录二（实物图） (19)5.3 附录三（程序） (19)6、参考文献 (21)摘要为了完成课题任务，设计了一种基于低功耗MSP430单片机的数字温度计。

整个系统通过单片机MSP430F149控制AD590读取温度，采用1602显示，温度传感器AD590与单片机之间通过串口进行数据传输。

MSP430系列单片机具有超低功耗，且外围的整合性高，AD590只需一个端口即可实现数信，连接方便。

通过多次实验证明，该系统的测试结果与实际环境温度一致，除了具有据通接口电路简单、测量精度高、误差小、可靠性高等特点外,低成本、低功耗的特点使其拥有更广阔的应用前景。

论述了一种以16位单片机MSP430F149为控制核心,利用电流输出型集成温度传感器AD590实现温度测量的温度检测系统。

详细论述了该系统的硬件组成和软件设计,给出了关键部分的电路图及相应的MSP430F149单片机温度测量程序。

实验结果表明,该温度检测系统具有低成本、可靠性高、结构简单、性能稳定、经济实用等特点,可根据不同需要应用于多种工农业温度检测领域。

目录第一章绪论 (3)1.1 手操器概述 (3)1.2 手操器存在的现状及问题 (4)1.3 课题研究的依据及意义 (5)1.4 课题研究的主要内容 (6)第二章总体设计方案 (7)2.1 MSP430单片机的特点 (7)2.2.1 USB体系简介 (8)2.2.2 USB物理特性 (9)2.2.3 USB通信原理 (11)2.3 CH376接口芯片简介 (12)2.4 基于MSP430的手操器总体设计方案 (13)2.4.1 设计思路 (13)2.4.2 系统硬件电路设计 (13)2.4.3 手操器外形设计 (15)第三章基于MSP430的手操器模块设计 (16)3.1 MSP430单片机的外围功能模块设计 (16)3.1.1 掉电保护模块设计 (16)3.1.2 按键输入模块设计 (16)3.1.3 USB通讯模块设计 (17)3.1.4 液晶显示模块设计 (19)3.2 MSP430低功耗设计 (20)3.3 抗干扰设计 (21)3.3.1 干扰的种类和来源 (22)3.3.2 单片机常用的软硬件抗干扰措施 (22)第四章手操器软件系统设计 (24)4.1 主程序设计 (24)4.2 初始化模块设计 (25)4.3 按键模块设计 (26)4.4 通讯模块设计 (27)4.5 液晶显示模块设计 (28)第五章硬件系统实验测试 (30)5.1 用Visual Basic语言实现的上下位机通信 (30)5.2 用Visual C语言实现的上下位机通信 (31)5.3 实验结果总结 (35)第一章绪论在工业生产过程中，需要对很多过程变量，比如温度、压力、流量、液位、成分，以及密度等，进行及时的检测和控制。

对这些过程变量的检测和控制构成了过程控制系统的基本内容。

随着人们物质生活水平的不断提高，市场竞争愈加激烈，产品的档次也在向着更高层次发展。

为了满足产品优质、高产、低消耗的要求，过程控制系统的任务也越来越繁重。

基于MSP430单片机的数字涡街流量计的设计摘要涡街流量计因其介质适应性强，无可动部件，结构简单、使用寿命长等诸多优点，在许多行业得到了广泛的应用。

但涡街流量计还存在一些问题，特别是在低流速、小流量的情况下，涡街流量计受到多种干扰噪声的影响，其涡街信号的信噪比很低，难以实现精确测量。

本课题基于MSP430单片机单核结构对数字涡街流量计进一步研究，在保证测量精度与实时性地基础上降低了系统整体功耗。

本次设计中数字涡街流量计采用MSP430单片机为控制器的硬件结构，在低流速小流量的情况下，由单片机来计算涡街信号频率，由MSP430单片机对涡街信号前置放大电路输出的方波进行计频，同时具有常规模拟涡街流量计在高信噪比的情况下测量准确、实时性好的优点。

本次设计基于前人的成果，选取成熟的已经市场化的涡街流量传感器作为信号采集装置，以MSP430单片机作为核心处理器，可以实现自动采集瞬时流量信息，自动处理流量积累值等功能。

其主要优点在于应用超低功耗的msp430单片机可以长时间的持续工作，这对于需要持续采集流量信息的行业至关重要，而选取涡街测量又能准确并无接触的测量大直径大流量大密度的流体流量，更提高了本设计的实用性。

关键词：MSP430 涡街流量计低功耗实时检测Design of Digital Vortex Flowmeter Based on MSP430 MicrocontrollerABSTRACTBecause of its advantages such as strong adaptability to medium, lacking of moving parts, simple of structure and long service life,V ortex Flowmeter is widely used in a lot of industries. But V ortex Flowmeter still has some problems, especially when it comes to some low flow rate and small quantity of flow situation. V ortex Flowmeter is disturbed by many kinds of noise, so the SNR of the signal is very low, thus makes it difficult to realize accurate measurement.This design is based on MSP430 Microcontroller and has further study about Digital V ortex Flowmeter, it reduces the overall power consumption of the system on the basis of guaranteeing its accuracy and real-time monitoring. In this design MSP430 Microcontroller is used as the hard ware of the controller of Digital V ortex Flowmeter. When it comes to the situation with low flow rate and small quantity of flow, microcontroller calculates the frequency of vortex signal, MSP430 Microcontroller calculates the frequency of the signal produced by vortex signal preamplifier circuit. It also has the advantage of accurate measurement and real-time performance of conventional simulating vortex flowmeter in high SNR condition.This design is based on former achievements and selects mature marketized vortex transducer as signal collect device. It use MSP430 Microcontroller as central processor and can collect instant flow quantity automatically and calculate the quantities together. Its main advantage lies in its application of ultra low power consumption can achieve long time continued work, which is sequential to the industries that need to collect flow quantity information continuously. V ortex street survey can survey large diameter, large flow quantity and large density liquid untouched, which makes the practicability of this design better.Key words: MSP430 Microcontroller; V ortex Flowmeter; low power consumption; real-time detection目录1.前言 (1)1.1涡街流量计的发展历程 (1)1.2涡街流量计的优点及局限性 (2)1.3MSP430单片机简介及发展历程 (2)1.4立题的目的及意义 (3)1.5设计主要内容 (4)1.5.1 设计内容 (4)1.5.2 技术要求 (4)1.5.3 设计方法 (4)2.设计总体方案分析 (5)2.1方案综述 (5)2.2总系统框图 (5)3.硬件部分 (7)3.1CPU及时钟复位单元 (7)3.1.1 MSP430单片机特点 (7)3.1.2 单片机选型 (8)3.1.3 MSP430F149单片机特点 (10)3.1.4 硬件电路介绍 (10)3.212864LCD液晶显示单元 (11)3.2.1 12864LCD概述 (11)3.2.2 12864液晶屏基本特性 (12)3.2.3 12864LCD模块接口说明 (12)3.2.4 控制器接口信号说明 (13)3.2.5 模块主要硬件构成说明 (14)3.2.6 应用说明 (15)3.3涡街流量传感器模块 (16)3.3.1涡街流量传感器简介 (16)3.3.2 涡街流量传感器工作原理 (16)3.3.3涡街流量计结构 (17)3.3.4 涡街流量计优点 (18)3.3.5 技术参数 (19)3.3.6涡街流量计选型 (19)3.3.7 流量传感器的安装要求与注意事项 (20)3.3.8 流量传感器模块硬件电路 (20)3.4独立按键模块 (21)3.5电源模块 (21)3.5.1 硬件电路介绍 (21)3.5.2 ASM1117-3.3芯片介绍 (21)4.软件部分 (23)4.1主程序及流量传感器模块 (23)4.1.1主程序及流量输入换算流程图 (23)4.1.2主程序及流量输入换算程序 (24)4.2独立按键模块 (26)4.2.1 独立按键部分程图 (26)4.2.2 独立按键部分程序 (27)4.312864液晶显示模块 (28)4.3.1 12864中断显示流程图 (28)4.3.2 12864中断显示程序 (29)5.结论 (30)6.致谢 (31)参考文献 (32)附录A 所有程序 (33)附录B 所有图集 (50)1 前言1.1 涡街流量计的发展历程涡街流量计属于流体振动式流量计，在特定的流动条件下，一部分的流体动能转化为流体振动，其振动的频率与流速(流量)有确定的比例关系，依据这种原理工作的流量计称之为流体振动流量计。